Modelling retinal chromophores photoisomerization: from minimal models in vacuo to ultimate bidimensional spectroscopy in rhodopsins

文献情報

出版日 2014-02-11
DOI 10.1039/C3CP55211J
インパクトファクター 3.676
著者

Artur Nenov


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要旨

Retinal chromophores are the photoactive molecular units of visual and archaeal rhodopsins, an important class of light-activated biological photoreceptors. Extensive computational studies aimed to reveal the intrinsic photophysical and photochemical behavior of retinals in vacuo and the environmental effects that tune their properties in proteins and in solution are reviewed. Multiconfigurational and multireference perturbative ab initio methods have been used to study retinal models with increasing size, from minimal to unreduced models. The hybrid quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) approach has been employed for modeling retinals in solution and in proteins. QM/MM studies of the retinal photoisomerization in rhodopsin, a prototype opsin protein responsible for the peripheral vision, have provided fundamental understanding of the electrostatic effects regulating the spectral tuning in proteins and have elucidated the photoisomerization mechanism with atomistic details, consistently with ultrafast optical spectroscopy experiments with sub-20 fs resolution. Different photochemical behaviors are observed for retinals in proteins and in solution. A molecular mechanism involving the interplay between ionic and covalent states during photoisomerization has been hypothesized but it remains uncertain and direct experimental evidences are lacking. Here, we propose transient bidimensional electronic spectroscopy as a conceivable tool for obtaining key information on the retinal photoisomerization in different environments. Combination of computational techniques and ultimate ultrafast spectroscopy experiments could provide fundamental insights on retinals photochemistry and basic understanding for the design of biomimetic photochromic devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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